湯曼卓

（華智生物技術(shù)有限公司，湖南長(zhǎng)沙410125）

雜交水稻是我國(guó)發(fā)明的一項(xiàng)原創(chuàng)性的水稻增產(chǎn)技術(shù)，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技的重大成就之一，為保障我國(guó)乃至世界糧食安全起到了巨大的作用。這一原創(chuàng)性成果在育種技術(shù)、作物栽培上都取得了重大突破，促進(jìn)了水稻產(chǎn)業(yè)的長(zhǎng)足發(fā)展[1]。生產(chǎn)出具有良好播種質(zhì)量的種子是發(fā)展雜交水稻的基礎(chǔ)。種子生產(chǎn)包括2 個(gè)階段，一是制種田間生產(chǎn)，二是加工廠區(qū)生產(chǎn)。種子加工是種子產(chǎn)業(yè)化的重要環(huán)節(jié)之一，種子加工工藝的技術(shù)水平直接影響到種子的質(zhì)量、加工效率及成本。目前，在我國(guó)種業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈中，對(duì)加工工藝的創(chuàng)新研究相對(duì)較弱。我國(guó)種子加工工藝的發(fā)展經(jīng)過了從無到有、從小到大、從單機(jī)到成套、從消化吸收到自主開發(fā)的發(fā)展過程，正朝著標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化的方向發(fā)展[2]。雜交水稻自20 世紀(jì)70 年代實(shí)現(xiàn)三系配套，開始種子生產(chǎn)，到21 世紀(jì)初，種子加工基本是采用單機(jī)加工。隨著種子產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的需要以及國(guó)家對(duì)種子生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)行政許可制度的要求，21 世紀(jì)10 年代前后，成套的種子加工設(shè)備開始應(yīng)用于雜交水稻種子的生產(chǎn)加工。國(guó)家有關(guān)種業(yè)管理的各項(xiàng)法律法規(guī)相繼出臺(tái)：2000 年頒布了《中華人民共和國(guó)種子法》；2001 年開始，雜交水稻種子生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)實(shí)行行政許可制度。2007 年國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局和標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)頒發(fā)了GB/T 21158—2007《種子加工成套設(shè)備》，規(guī)定了種子加工成套設(shè)備的定義、型式、主要參數(shù)、技術(shù)要求、檢驗(yàn)方法等。 2022 年1 月出臺(tái)了最新修訂的《農(nóng)作物種子生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)許可管理辦法》，其中明確規(guī)定，申請(qǐng)領(lǐng)取主要農(nóng)作物雜交種子及其親本種子生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)許可證的企業(yè)，生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)雜交稻種子的，成套設(shè)備總加工能力5t/h 以上；申請(qǐng)領(lǐng)取實(shí)行選育生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)相結(jié)合、有效區(qū)域?yàn)槿珖?guó)的種子生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)許可證的企業(yè)，生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)雜交稻種子的，總加工能力10t/h以上（含窩眼式清選設(shè)備）。然而，雜交水稻種子有其固有的特性，在建設(shè)種子加工成套設(shè)備時(shí)應(yīng)在GB/T 21158—2007《種子加工成套設(shè)備》的基礎(chǔ)上增加和優(yōu)化工藝設(shè)備流程，以使種子加工達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高效、低耗的目的。

1 雜交水稻種子的特點(diǎn)及制種產(chǎn)業(yè)模式

1.1 裂穎雜交水稻種子是通過雄性不育的母本與具有育性恢復(fù)能力的父本異交結(jié)實(shí)產(chǎn)生，不育母本的花粉不正常，穎花只能通過延長(zhǎng)開穎時(shí)間來增加捕獲花粉的機(jī)會(huì)，因此其種子特性與常規(guī)水稻種子明顯不同，開穎時(shí)間過長(zhǎng)、高溫、失水，會(huì)使內(nèi)穎、外穎老化甚至皺縮，致使閉穎能力在授完粉后降低。雜交水稻種子的裂穎現(xiàn)象是遺傳與非遺傳因素雙重作用的結(jié)果[3]，會(huì)對(duì)種子的儲(chǔ)存和播種質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。

1.2 穗萌芽種子的休眠特性及環(huán)境因素會(huì)導(dǎo)致穗上早萌現(xiàn)象的發(fā)生。在水稻收獲前遇到陰雨或潮濕天氣，稻穗上產(chǎn)生穗上芽，穗上種子發(fā)芽口已開裂，胚根、胚芽卻尚未沖破種皮的“穗萌動(dòng)”現(xiàn)象在雜交水稻制種田中很常見。胡偉民等[4]研究了不育系穗上發(fā)芽特性，發(fā)現(xiàn)不育系穗上發(fā)芽與親本自身穗上發(fā)芽特性有密切關(guān)聯(lián)，形成了雜交水稻種子的一個(gè)共性特點(diǎn)。

1.3 灰質(zhì)化雜交水稻種子在大田成熟收獲和干燥過程中，因受不良天氣、儲(chǔ)存條件等外界因素的影響，種子胚乳結(jié)構(gòu)和成分發(fā)生變化，使胚乳粉末化且外觀顏色改變，易發(fā)生斷裂或粉碎，因此導(dǎo)致種子發(fā)芽率和活力降低，嚴(yán)重的將失去種用價(jià)值，此種劣變現(xiàn)象稱為灰質(zhì)化或者粉質(zhì)化[5-6]。

1.4 制種產(chǎn)業(yè)模式2000 年《中華人民共和國(guó)種子法》頒布后，中國(guó)實(shí)行種業(yè)體制改革，形成了以非公有制種業(yè)企業(yè)為主的種業(yè)體制，雜交水稻制種產(chǎn)業(yè)形成了一種委托承攬制種的新模式，即種業(yè)企業(yè)、制種經(jīng)紀(jì)人（“代制商”或“生產(chǎn)商”）、制種農(nóng)戶（生產(chǎn)者）的3 層級(jí)產(chǎn)業(yè)組織模式，有少數(shù)制種經(jīng)紀(jì)人承包土地為種業(yè)企業(yè)制種，也有極少種業(yè)企業(yè)直接與基地村組簽訂合同組織制種，即種業(yè)公司自制模式[7]。

2 水稻種子常規(guī)成套加工工藝的功能與不足

2.1 國(guó)標(biāo)成套加工設(shè)備的構(gòu)成種子加工是以提高種子質(zhì)量，改善播種品質(zhì)為目的，從種子收獲后到銷售出庫前的各種物理的、化學(xué)的或生物技術(shù)的處理操作。GB/T 21158—2007《種子加工成套設(shè)備》規(guī)定了水稻作物加工成套設(shè)備工藝配置：風(fēng)篩式清選機(jī)、重力式分選機(jī)、窩眼式清選機(jī)或谷糙分離機(jī)、包衣機(jī)、定量包裝機(jī)。風(fēng)篩選、比重選、窩眼選或谷糙分離是提高種子凈度和發(fā)芽率的主要加工環(huán)節(jié)，合稱種子精選工段，此工段能有效地清除混入種子中的莖葉、米粒、空秕粒、病粒、異型粒、泥砂等雜質(zhì)[8]。種子包衣可以亮化種子外觀色澤，可根據(jù)種子特性和種植需求配置農(nóng)藥、肥料、生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑等材料，增加品種的抗性，降低農(nóng)藥使用風(fēng)險(xiǎn)和成本，促進(jìn)植株健康生長(zhǎng)。種子定量包裝是我國(guó)農(nóng)作物種子生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理的要求，包裝物上的標(biāo)簽標(biāo)識(shí)需按照2016 年7 月國(guó)家頒布的《農(nóng)作物種子標(biāo)簽和使用說明管理辦法》執(zhí)行。GB/T 21158—2007《種子加工成套設(shè)備》還對(duì)成套設(shè)備安裝場(chǎng)地的環(huán)境條件、降塵設(shè)備、電氣控制、安全技術(shù)等方面作了通用性規(guī)定，需對(duì)照?qǐng)?zhí)行。

2.2 國(guó)標(biāo)成套設(shè)備對(duì)雜交水稻種子加工的不足之處因雜交水稻上述種性、生產(chǎn)體制的特點(diǎn)以及水稻產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的要求，GB/T 21158—2007《種子加工成套設(shè)備》規(guī)定的水稻作物的成套設(shè)備工藝配置對(duì)雜交水稻的加工尚有不足之處。

2.2.1 未涉及種子干燥雜交水稻種子生產(chǎn)發(fā)展前期，多以農(nóng)戶為最基本的生產(chǎn)單位，每戶種子量少，種子常通過晾曬除去水分。隨著產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，制種規(guī)?；潭忍岣撸F(xiàn)在大部分都是以烘干設(shè)備來干燥種子，而烘干種子與晾曬種子的發(fā)芽率和種子活力并沒有顯著差異[9]，因此烘干將成為雜交水稻種子不可或缺的加工環(huán)節(jié)。雜交水稻種業(yè)企業(yè)的種子生產(chǎn)規(guī)模越來越集中，成套加工工藝流程中加入烘干工段，有利于提高工作效率和種子質(zhì)量。

2.2.2 灰質(zhì)化等內(nèi)部劣變的種子難以剔除灰質(zhì)化種子多是在種子成熟期胚乳發(fā)生劣變，此時(shí)種子的形狀大小、粒重基本定型，種子比重與正常種子無顯著差異，通過風(fēng)篩選、比重選、窩眼選不能有效剔除，而這類種子在浸種催芽過程中最易發(fā)生燒苞爛種的質(zhì)量事故[5]。穗上萌芽和黑粉病、稻曲病粒始發(fā)期對(duì)播種質(zhì)量亦有影響，而風(fēng)篩選、比重選設(shè)備也難以剔除這類劣質(zhì)的種子。

2.2.3 種子質(zhì)量不一致由于雜交水稻種子產(chǎn)業(yè)模式的特點(diǎn)，每個(gè)水稻品種的種子通常由多個(gè)生產(chǎn)商、多產(chǎn)地生產(chǎn)，規(guī)模較大的品種生產(chǎn)的季節(jié)、年份也存在差異，致使種子批之間的質(zhì)量狀況不一致，尤其是發(fā)芽率和純度質(zhì)量指標(biāo)。企業(yè)銷售的種子質(zhì)量在符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的前提下需盡量平衡一致，以便農(nóng)民安全使用，也有利于市場(chǎng)監(jiān)管。GB/T 21158—2007《種子加工成套設(shè)備》規(guī)定的工藝流程不能解決種子質(zhì)量不一致的問題。

3 成套加工設(shè)備優(yōu)化的關(guān)鍵工藝

3.1 烘干種子烘干的目的是安全快速降低種子含水量，保持種子高活力。種子烘干不同于食用稻谷的烘干，目前我國(guó)還未有專門的雜交水稻種子烘干設(shè)備，雜交水稻種子多引用低溫谷物干燥機(jī)來烘干。為了保障種子質(zhì)量的安全必須注意設(shè)備選型和參數(shù)的設(shè)定。目前生產(chǎn)中使用的烘干機(jī)機(jī)型分為臥式靜態(tài)干燥機(jī)和塔式循環(huán)烘干機(jī)兩類。臥式靜態(tài)干燥機(jī)，烘干機(jī)箱體水平放置，熱風(fēng)從底層向上流過烘干箱的種子層，上層上方敞開散發(fā)水分，烘干時(shí)種子處于靜置狀態(tài)，可以保障種子的質(zhì)量安全[9]。其優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單、破損率低，但產(chǎn)能較小，不能與其他加工設(shè)備連線成套使用，適宜制種基地安裝使用。塔式循環(huán)烘干機(jī)，機(jī)倉垂直安裝，分烘干層和緩蘇層，種子通過提升機(jī)在烘干層和緩蘇層間不斷循環(huán)，完成干燥。塔式烘干機(jī)加工產(chǎn)能每批次可達(dá)10～30t，甚至更大，此類機(jī)型自動(dòng)化程度較高，可與種子成套加工線連線使用。

3.2 光選針對(duì)雜交水稻易發(fā)生灰質(zhì)化的特性，種業(yè)企業(yè)與設(shè)備單位近幾年研究出了用光選機(jī)有效剔除種子中因胚乳劣變導(dǎo)致灰質(zhì)化種子的工藝，對(duì)提高種子活力作用明顯。光選同時(shí)能將種子中含有的稻曲病、黑粉病以及穗上發(fā)芽等劣質(zhì)種子予以剔除。光選機(jī)自動(dòng)化程度高，產(chǎn)能可達(dá)4～6t/h，成品獲選率和帶出比都能得到有效控制。我國(guó)種業(yè)頭部企業(yè)已率先將光選設(shè)備聯(lián)入成套種子加工線中，對(duì)提升種子總體質(zhì)量起到很好的作用。種子光選工藝更加注重剔除內(nèi)部質(zhì)量劣變的種子，是對(duì)水稻種子加工流程的升級(jí)。

3.3 種子翻混種子翻混工藝主要是解決種子原料質(zhì)量不一致的問題，是種業(yè)企業(yè)在種子加工的過程中逐漸形成的工藝，現(xiàn)在的雜交水稻種子成套加工線都有此工段的設(shè)置。種子翻混模式分為種子批次內(nèi)自混和批次間混配。批次內(nèi)自混是通過四分式自混倉來實(shí)現(xiàn)；批次間混配是設(shè)置2～4 個(gè)種子入料口，用計(jì)量皮帶輸送機(jī)通過電腦按設(shè)定比例輸送種子，各入料口的種子集中流入同一皮帶輸送機(jī)，使種子層化，層化的種子進(jìn)入無動(dòng)力種子混配器翻混，達(dá)到種子質(zhì)量均勻的目的。種子內(nèi)自混和批次間混配串聯(lián)使用效果更佳。

3.4 信息化當(dāng)前各行業(yè)都快速從勞動(dòng)密集型企業(yè)轉(zhuǎn)向技術(shù)密集型企業(yè)，現(xiàn)代企業(yè)管理更加注重各部門、各環(huán)節(jié)的高效協(xié)同。要解決種業(yè)發(fā)展中的“卡脖子”問題，必須補(bǔ)上信息技術(shù)的短板。雜交水稻成套種子加工工藝的機(jī)械化、自動(dòng)化是信息化的基礎(chǔ)，建設(shè)好、使用好信息化系統(tǒng)，可強(qiáng)化生產(chǎn)過程可控性，減少生產(chǎn)線人工干預(yù)。信息化能有效保障種子質(zhì)量的安全、數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)、信息的可溯，提高效率。種子成套加工設(shè)備信息化的關(guān)鍵技術(shù)是圍繞種子卸料、烘干、精選加工、包衣包裝、倉儲(chǔ)物流等核心加工環(huán)節(jié)進(jìn)行技術(shù)裝備，實(shí)現(xiàn)種子加工全流程數(shù)字化管理，包括物料的精確統(tǒng)計(jì)、各加工線的全自動(dòng)控制、生產(chǎn)數(shù)據(jù)的記錄及追溯、全程的質(zhì)量數(shù)據(jù)采集及追溯，做到與工藝流程上的數(shù)據(jù)全包括。在關(guān)鍵業(yè)務(wù)流程中消除管理和實(shí)施中的延遲，確保企業(yè)發(fā)布的任務(wù)得以有效落實(shí)，及時(shí)反饋，確保對(duì)加工任務(wù)執(zhí)行到位，有章可循。

4 優(yōu)化集成種子成套加工工藝

4.1 成套加工工藝總體布局種子是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特殊的、不可替代的最基本的生產(chǎn)資料，是農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)和各種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料發(fā)揮作用的載體。種子質(zhì)量的好壞，直接影響用種農(nóng)民和種業(yè)企業(yè)的增產(chǎn)效果和經(jīng)濟(jì)效益，也會(huì)影響糧食生產(chǎn)保供的社會(huì)效益。所以建設(shè)一套綜合性能全面，信息化程度較高，環(huán)保高效的種子成套加工工藝設(shè)備是提高種業(yè)發(fā)展水平的必由之路。針對(duì)雜交水稻種業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新要求，政府政策和種業(yè)企業(yè)有必要增加資金和技術(shù)的投入，集中力量解決生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題。優(yōu)化后的雜交水稻成套加工工藝總體布局，應(yīng)包括烘干、風(fēng)篩選、比重選、窩眼選（谷糙分離）、光選、翻混、包衣、計(jì)量、包裝等工藝環(huán)節(jié)，配置科學(xué)的總成系統(tǒng)和信息化系統(tǒng)。

4.2 成套加工工藝工段配置優(yōu)化集成的雜交水稻成套加工工藝按照種子流向可分成烘干、精選、翻混、包衣、計(jì)量包裝等5 個(gè)工段。烘干工段應(yīng)有烘干前的粗清選，去除種子中的枝梗草葉，有利于種子烘干時(shí)的流動(dòng)，提高烘干效率；粗清選后安裝自動(dòng)流量稱，以記錄種子烘干重量和效果，烘干機(jī)宜選擇塔式機(jī)型。精選工段包含風(fēng)篩選、比重選和光選工藝，窩眼式清選和谷糙分離選擇性使用。秈型雜交水稻種子帶芒的較少，選用谷糙分離機(jī)的較多，主要是剔除種子中的米粒，粳型雜交水稻種子主產(chǎn)區(qū)用窩眼式清選機(jī)的較多。翻混工段重點(diǎn)是批次間按比例混配，一種水稻種子翻混系統(tǒng)（專利號(hào)CN200910136140.0）可使種子均勻度達(dá)到97%以上，提倡在種子批次間翻混之前進(jìn)行種子批次內(nèi)的自混，更能提高種子質(zhì)量的均勻度。種子包衣在玉米、棉花等作物上已普及，而水稻種子包衣起步較晚，占比很小，但包衣技術(shù)的推廣促進(jìn)了稻谷增產(chǎn)，增產(chǎn)率達(dá)到 6.6%[10]，雜交水稻種子包衣工藝需選擇包衣覆蓋率、均勻度較高的機(jī)型，有針對(duì)性地選擇藥劑，包衣機(jī)前端配置自動(dòng)配藥系統(tǒng)，后端配置種子快速烘干設(shè)備，以保障種子的包衣效果。計(jì)量包裝工段具有3 個(gè)功能，一是將散裝的種子包裝成小包裝；二是包裝小包裝時(shí)進(jìn)行自動(dòng)定量計(jì)量；三是通過包裝袋上的資訊傳播品種特性等各種信息，所以必須按《農(nóng)作物種子標(biāo)簽和使用說明管理辦法》的要求進(jìn)行編輯、印刷、宣傳。加工工藝的5 個(gè)工段，都是獨(dú)立運(yùn)作的加工環(huán)節(jié)，可以全流程成套使用，也可以根據(jù)需求選擇性使用。

4.3 總成和信息系統(tǒng)的配置支撐5 個(gè)工段高效運(yùn)轉(zhuǎn)的是總成的科學(xué)配置和信息化系統(tǒng)的運(yùn)用?？偝尚枧渲萌屉姎饪刂葡到y(tǒng)、物料流轉(zhuǎn)系統(tǒng)和除塵環(huán)保系統(tǒng)。信息化系統(tǒng)，前端連接田間生產(chǎn)，后端連接營(yíng)銷市場(chǎng)，中間對(duì)接各管理層級(jí)，可規(guī)范企業(yè)管理和運(yùn)作流程，突出質(zhì)量領(lǐng)先、標(biāo)準(zhǔn)控制理念和措施，提高營(yíng)銷計(jì)劃與生產(chǎn)加工計(jì)劃協(xié)同性、準(zhǔn)確性。

4.4 不斷發(fā)展種子加工工藝未來世界種業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)是立體化、全方位的競(jìng)爭(zhēng)，我國(guó)雜交水稻育種、栽培種植技術(shù)處于世界的領(lǐng)先水平，故此，種子加工不能成為雜交水稻發(fā)展的短板。在雜交水稻生產(chǎn)的過程中需要加大田間信息化管控的研究和應(yīng)用，減少自然環(huán)境對(duì)生產(chǎn)的影響；加大加工環(huán)節(jié)的智能化研究和應(yīng)用，引入機(jī)器人、二次包裝（大包裝）自動(dòng)化、智能倉儲(chǔ)等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)種子加工儲(chǔ)運(yùn)的全系統(tǒng)機(jī)械化、自動(dòng)化、信息化，逐步向智能化發(fā)展，做到種子加工車間少人化甚至無人化，全面提升種子加工能力和管理水平，使雜交水稻全產(chǎn)業(yè)鏈都處于世界的領(lǐng)先水平。